Elektrická jiskra - Electric spark

Blesk je přirozeným příkladem elektrické jiskry.

Elektrická jiskra je náhlý elektrický výboj, který se vyskytuje, když se dostatečně vysoké elektrické pole vytváří ionizuje , elektricky vodivý kanál přes normálně-izolačního materiálu, často směsí vzduchu nebo jiných plynů nebo plynů. Michael Faraday popsal tento jev jako „krásný záblesk světla, který se účastní vybíjení běžné elektřiny“.

Rychlý přechod z nevodivého do vodivého stavu vytváří krátké vyzařování světla a ostrý zvuk praskání nebo praskání. Jiskra se vytvoří, když aplikované elektrické pole překročí dielektrickou průrazovou sílu intervenujícího média. U vzduchu je pevnost v průrazu asi 30 kV / cm na hladině moře. Experimentálně má tento údaj tendenci se lišit v závislosti na vlhkosti, atmosférickém tlaku, tvaru elektrod (jehlová a zemní rovina, polokulová atd.) A na odpovídajících rozestupech mezi nimi a dokonce i na typu tvaru vlny, ať už sinusovém nebo kosinusovém. V počátečních fázích jsou volné elektrony v mezeře (z kosmického záření nebo záření pozadí ) urychlovány elektrickým polem. Při srážce s molekulami vzduchu vytvářejí další ionty a nově uvolněné elektrony, které jsou také urychlovány. V určitém okamžiku poskytne tepelná energie mnohem větší zdroj iontů. Exponenciálně rostoucí elektrony a ionty rychle způsobí, že se oblasti vzduchu v mezeře stanou elektricky vodivými v procesu zvaném dielektrický rozpad . Jakmile se mezera rozpadne, je tok proudu omezen dostupným nábojem (pro elektrostatický výboj ) nebo impedancí externího napájecího zdroje . Pokud napájecí zdroj nadále dodává proud, jiskra se vyvine do nepřetržitého výboje, který se nazývá elektrický oblouk . Elektrická jiskra může také nastat v izolačních kapalinách nebo pevných látkách, ale s různými mechanismy rozpadu od jisker v plynech.

Někdy mohou být jiskry nebezpečné. Mohou způsobit požár a popálit pokožku.

Blesk je příkladem elektrické jiskry v přírodě, zatímco elektrické jiskry, velké nebo malé, se vyskytují v mnoha umělých předmětech nebo v jejich blízkosti, a to jak záměrně, tak i náhodou.

Dějiny

Benjamin Franklin si přitahoval elektrickou jiskru na prst z klíče zavěšeného na řetězci draka.

V roce 1671 Leibniz objevil, že jiskry byly spojeny s elektrickými jevy. V roce 1708 provedl Samuel Wall experimenty s jantarem otřeným látkou, aby se vytvořily jiskry. V roce 1752 Thomas-François Dalibard , jednající na základě experimentu navrženého Benjaminem Franklinem , zařídil francouzskému dragounovi ve výslužbě jménem Coiffier ve vesnici Marly, aby sbíral blesky do leydenské nádoby, čímž dokázal, že blesk a elektřina jsou rovnocenné. Ve slavném Franklinově experimentu s drakem úspěšně extrahoval jiskry z mraku během bouřky.

Použití

Hořák na plynový sporák - zapalovač plamene s elektrickým zapalováním je zobrazen vlevo.
Vysílač jisker používaný pro komunikaci mezi lodí a břehem do vzdálenosti 10 km (kolem 1900). “

Zdroje zapalování

Elektrické jiskry se používají v zapalovacích svíčkách benzínových spalovacích motorů k zapálení směsi paliva a vzduchu. K elektrickému výboji v zapalovací svíčce dochází mezi izolovanou centrální elektrodou a uzemněnou svorkou na základně svíčky. Napětí pro jiskru je zajištěno zapalovací cívkou nebo magnetem, který je připojen k zapalovací svíčce izolovaným vodičem.

Plamenové zapalovače používají elektrické jiskry k iniciaci spalování v některých pecích a plynových sporácích místo pilotního plamene . Automatické opětovné zapálení je bezpečnostní prvek, který se používá u některých zapalovačů plamene, které snímají elektrickou vodivost plamene a pomocí této informace určují, zda plamen hořáku svítí. Tato informace se používá k zastavení zapalování zapalovacího zařízení po rozsvícení plamene nebo k opětovnému spuštění plamene, pokud zhasne.

Rádiová komunikace

Jiskřiště vysílač používá elektrický jiskřiště generovat vysokofrekvenční elektromagnetické záření, který může být použit jako vysílačů pro bezdrátovou komunikaci. Vysílače jiskřiště byly široce používány v prvních třech desetiletích rádia z let 1887–1916. Později byly nahrazeny vakuovými trubičkovými systémy a do roku 1940 již nebyly používány ke komunikaci. Široké použití vysílačů jiskřiště vedlo k přezdívce „jiskry“ pro lodního radiového důstojníka.

Obrábění kovů

Elektrické jiskry se používají při různých druzích zpracování kovů . Obrábění elektrickým výbojem (EDM) se někdy nazývá jiskrové obrábění a používá jiskrový výboj k odstraňování materiálu z obrobku. Obrábění elektrickým výbojem se používá u tvrdých kovů nebo u těch, které se obtížně zpracovávají tradičními technikami.

Sparkové plazmové slinování (SPS) je slinovací technika, při které se používá pulzní stejnosměrný proud, který prochází vodivým práškem v grafitové matrici. SPS je rychlejší než běžné izostatické lisování za tepla, kde je teplo zajišťováno vnějšími topnými tělesy .

Chemický rozbor

Světlo produkované elektrickými jiskrami lze sbírat a používat pro typ spektroskopie, který se nazývá jiskrová emisní spektroskopie .

K výrobě elektrické jiskry lze použít pulzní laser s vysokou energií. Laserem indukovaná rozpadová spektroskopie (LIBS) je typ atomové emisní spektroskopie, která využívá laser s vysokou pulzní energií k excitaci atomů ve vzorku. LIBS se také nazývá laserová jiskrová spektroskopie (LSS).

Elektrické jiskry lze také použít k vytvoření iontů pro hmotnostní spektrometrii .

Nebezpečí

Elektrická jiskra produkovaná paralyzérem. Při 150 000 voltech může jiskra snadno přeskočit mezeru větší než 2,5 cm.

Jiskry mohou být nebezpečné pro lidi, zvířata nebo dokonce neživé předměty. Elektrické jiskry mohou vznítit hořlavé materiály, kapaliny, plyny a páry. I neúmyslné výboje statické elektřiny nebo malé jiskry, které se vyskytnou při zapnutí světel nebo jiných obvodů, mohou stačit k zapálení hořlavých par ze zdrojů, jako jsou benzín, aceton, propan nebo prach ve vzduchu, například v mlýnech na mouku nebo obecněji v továrnách manipulujících s prášky.

Jiskry často označují přítomnost vysokého napětí nebo „potenciálního pole“. Čím vyšší je napětí; čím dál může jiskra přeskočit mezeru a při dostatečném dodání energie může dojít k větším výbojům, jako je záře nebo oblouk . Když je osoba nabitá vysokonapěťovými statickými náboji nebo je v přítomnosti vysokonapěťových elektrických zdrojů, může mezi vodičem a osobou, která je v dostatečně těsné blízkosti, přeskočit jiskra, což umožňuje uvolnění mnohem vyšších energií, které může způsobit vážné popáleniny, vypnout srdce a vnitřní orgány nebo se dokonce vyvinout elektrický oblouk .

Vysokonapěťové jiskry, dokonce i ty s nízkou energií, například z paralyzéru , mohou přetížit vodivé dráhy nervového systému, způsobit nedobrovolné svalové kontrakce nebo narušit životně důležité funkce nervového systému, jako je srdeční rytmus. Když je energie dostatečně nízká, lze ji většinu použít pouze k ohřevu vzduchu, takže jiskra se nikdy plně nestabilizuje do záře nebo oblouku. Jiskry s velmi nízkou energií však stále vytvářejí vzduchem „plazmový tunel“, kterým může procházet elektřina. Tato plazma se zahřívá na teploty často vyšší než povrch slunce a může způsobit malé lokalizované popáleniny. Při aplikaci elektrod na tělo člověka se často používají vodivé kapaliny, gely nebo masti, které zabraňují tvorbě jisker v místě kontaktu a poškození pokožky. Podobně mohou jiskry způsobit poškození kovů a jiných vodičů, ablaci nebo důlkovou korozi; fenomén, který se využívá při elektrickém leptání . Jiskry také produkují ozon, který v dostatečně vysokých koncentracích může způsobit dýchací potíže nebo potíže, svědění nebo poškození tkání a může být škodlivý pro jiné materiály, jako jsou určité plasty.

Viz také

Reference

externí odkazy